(57)【要約】【課題】外観検査装置において、簡素かつコンパクトな構成により被検体の検査を行うことができるようにする。【解決手段】基板外観検査装置５０が、基板３と照明部１１および撮像部１２とを相対的に移動させる走査機構を備え、さらに、照明部１１および撮像部１２と基板３との間の光路上に配置され、基板３のライン状の検査位置Ｍからの光を所定の偏向方向に向けて偏向する偏向素子１０と、照明部１１および撮像部１２をそれぞれの光路および検査位置Ｍのライン方向に直交する方向に相対移動する移動機構３０、３１を備えるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体に照射する照明光を生成する照明部または被検体のライン状検査位置からの光をライン撮像素子に結像して撮像を行う撮像部からなる少なくとも１つの光学ユニットを有し、該光学ユニットの少なくとも１つと前記被検体とを相対移動して検査位置を変化させることにより前記被検体の外観検査を行う外観検査装置であって、
前記光学ユニットと前記被検体との間の光路上に配置され、前記被検体のライン状の検査位置からの光、または、被検体のライン状検査位置への光を所定の方向に偏向する偏向素子と、前記光学ユニットの少なくとも一つを、前記光学ユニット内部の光路方向および前記ライン状検査位置の長手方向に直交する方向に相対移動する移動機構とを備えることを特徴とする外観検査装置。
【請求項２】
前記偏向素子が、１軸方向のみにパワーを有するレンズまたはレンズ群からなることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項３】
前記偏向素子が、１軸方向のみにパワーを有する凹面鏡で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の外観検査装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの光学ユニットが、前記照明部からなるものと、前記撮像部からなるものとの２つの光学ユニットからなり、
該２つの光学ユニットがそれぞれ独立移動可能な移動機構により保持されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの光学ユニットが、前記照明部からなるものと、前記撮像部からなるものとの２つの光学ユニットからなり、
該２つの光学ユニットと前記偏向素子との間の光路上に、前記照明部による照明光が前記被検体に向かう光路と同じ光路に沿って前記被検体から進む光を前記撮像部に導く光路合成手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項６】
前記２つの光学ユニットと前記被検体との間のいずれかの光路上に、前記照明部による照明光の入射方向または前記撮像部で撮像する前記被検体からの光の撮像方向を切り替える光路切替手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の外観検査装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの光学ユニットが、前記照明部からなるものと、前記撮像部からなるものとの２つの光学ユニットからなり、
前記偏向素子が、前記２つの光学ユニットのそれぞれに応じて異なる構成を有する２つの偏向素子からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の外観検査装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの光学ユニットが、いずれも前記撮像部からなる複数の光学ユニットからなり、
前記照明部が、前記偏向素子を介すことなく前記被検体に照明光を照射するようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の外観検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は外観検査装置に関する。例えば、半導体ウエハ基板や、液晶基板などのキズ、欠陥、パターン異常、ゴミ付着などの有無などの外観検査を行う外観検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハ基板や液晶基板など表面に周期的なパターンが形成される被検体のキズ、欠陥、パターン異常、ゴミ付着などの有無を検査するために、被検体に対して所定方向から照明光を照射し、被検体からの回折光、正反射光、散乱光などを撮像し、撮像された画像データを画像処理することにより欠陥の有無の判定を行う外観検査装置が知られている。
例えば、特許文献１には、面光源からの照明光を被検体に照射し、被検体の回折像をカメラにより撮像し、画像処理ユニットで欠陥を検出する基板検査装置が記載されている。回折光の出射方向は、被検体のパターンピッチにより変化する。そこで、ここでは回折光の出射方向に合わせて、カメラを移動させたり、被検体をチルトステージで回転させるなどして回折像が撮像できるように装置へ条件を設定している。
また、特許文献２には、ライン状の照明光を被検体に照射するライン照明部と、被検体からの光を撮像する１次元撮像部と、被検体をライン状の照明領域に対し直交する方向に移動する移送部と、１次元撮像部で撮像した画像情報から２次元画像を再構築し、欠陥判定を行う画像処理部とを備え、ライン照明部と１次元撮像部との被検体に対する傾斜角度を可変することにより、１つの１次元撮像部により被検体からの正反射光、回折光を撮像できるようにした表面欠陥検査装置が記載されている。
【特許文献１】特許第３６６９１０１号公報（図１、５）
【特許文献２】特許第３６６８２９４号公報（図１、２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記のような従来の外観検査装置には、以下のような問題があった。
特許文献１に記載の技術では、面光源により被検体を照射することで、被検体画像をまとめて取得できるものの、被検体の大きさが大きくなると光源も大きくなり大がかりな装置となってしまうという問題がある。近年では、半導体ウエハ基板や液晶基板の大型化が進んでいるため、外観検査装置をコンパクトにすることが強く求められているが、この技術ではコンパクト化することができないという問題がある。
また特許文献２に記載の技術では、撮像範囲をライン状とし、被検体を走査して２次元画像を取得するので、特許文献１に記載の装置より小型化することができるものの、照明光の入射角や撮像方向を可変するために、ライン照明部や、１次元撮像部をライン状撮像範囲を中心として回転移動する必要がある。
この場合、例えば半導体ウエハ基板の直径を３００ｍｍとすると、この長さのライン状撮像範囲を、例えば３０ｍｍ程度の１次元撮像素子上に縮小投影しなければならないので、光路長は５００ｍｍから７００ｍｍ程度にもなる。
したがって、回転移動する場合には、少なくともこの程度の回転半径を備える必要があり、回転機構が大がかりとなるともに、回転半径に応じた配置スペースがデッドスペースとして必要になり、使用時の占有空間が大きくなってしまうという問題がある。
また、ライン照明部、１次元撮像部の回転半径が大きくなると回転駆動の負荷も大きくなり、移動時間も増大して検査効率が低下してしまうという問題もある。
上記回転移動機構の代わりに、特許文献１のように被検体をチルト移動させることも考えられるが、チルト機構も被検体のサイズに伴い大型化せざるを得ず、機構そのものも高価となってしまうという問題がある。
【０００４】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、簡素かつコンパクトな構成により被検体の検査を行うことができる外観検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、本発明では、被検体に照射する照明光を生成する照明部または被検体のライン状検査位置からの光をライン撮像素子に結像して撮像を行う撮像部からなる少なくとも１つの光学ユニットを有し、該光学ユニットの少なくとも１つと前記被検体とを相対移動して検査位置を変化させることにより前記被検体の外観検査を行う外観検査装置であって、前記光学ユニットと前記被検体との間の光路上に配置され、前記被検体のライン状の検査位置からの光、または、被検体のライン状検査位置への光を所定の方向に偏向する偏向素子と、前記光学ユニットの少なくとも一つを、前記光学ユニット内部の光路方向および前記ライン状検査位置の長手方向に直交する方向に相対移動する移動機構とを備える構成とする。
この発明によれば、被検体のライン状の検査位置からの光を所定の方向に偏向する偏向素子を、光学ユニットと被検体との間の光路上に配置したので、偏向素子の作用により、照明光の出射方向および／または被検体からの光が撮像部へ入射する方向を、光学ユニット内部にて、互いに平行になるようそろえることが可能となり、さらに、移動機構により光学ユニットの少なくとも１つを、光学ユニット内の光路およびライン状検査位置の長手方向に直交する方向に相対移動するので、光学ユニットの少なくとも１つをわずかに直進移動することにより、照明光の被検体への入射方向または被検体からの光の出射方向に合わせた装置の条件設定を容易に行うことができる。
また、偏向素子を通る光路上に配置された光学ユニットが複数の場合、これら複数の光学ユニットの配置方向を各光学ユニット内の光路が平行になるようにそろえた状態で、各光学ユニットを同一方向に沿って移動させることにより照明光の入射方向および撮像部に導く被検体からの光の方向を可変することができる。
そのため、大がかりな回転機構などを用いることなく簡素な構成とすることができる。
【０００６】
なお、偏向素子の偏向方向は、適宜の方向とすることができるが、被検体である基板平面に対し法線方向であることが好ましい。
また、偏向素子を被検体に近づけるほど、検査位置から一定角度範囲に広がる光がより狭い幅内に偏向され、移動機構による移動量を低減することができる。
また、偏向素子と光学ユニットの間の光路は、偏向素子により所定の方向に形成されるので、例えば平面ミラーなどの偏向手段を配置して光を偏向方向と異なる方向に偏向して光路を折り曲げることができる。これにより、例えば装置レイアウトの都合などの必要に応じて光学ユニットの配置位置、移動方向を変更することが容易となる。
【０００７】
本明細書では、光学ユニットは、被検体に照射する照明光を生成する照明部または被検体からの光をライン撮像素子に結像して撮像を行う撮像部を指す用語として用いており、それぞれは、少なくとも光源またはライン撮像素子を含むものである。
したがって、本明細書における光学ユニットは、実際に装置構成がユニット化されていてもよいが、ユニット化されていなくてもよい。またユニット化されている場合でも、実際の機械的なユニット構成の数とは必ずしも対応しなくてもよいものである。
【０００８】
また、本発明の外観検査装置では、前記偏向素子が、１軸方向のみにパワーを有するレンズまたはレンズ群からなることが好ましい。
この場合、検査位置から放射される光を１軸方向に集光して平行光にすることができるので、検査位置からレンズまたはレンズ群のＮＡの範囲に放射される光をすべて一定の方向に偏向することができる。
【０００９】
また、本発明の外観検査装置では、前記偏向素子が、１軸方向のみにパワーを有する凹面鏡で構成されていることが好ましい。
この場合、反射光学系である凹面鏡を用いるので色収差のない画像を撮像することができる。
【００１０】
また、本発明の外観検査装置では、前記少なくとも１つの光学ユニットが、前記照明部からなるものと、前記撮像部からなるものとの２つの光学ユニットからなり、該２つの光学ユニットがそれぞれ独立移動可能な移動機構により保持されている構成とすることが好ましい。
この場合、照明部からなる光学ユニットからの光を偏向素子で偏向して検査位置に照射し、検査位置で反射、回折、または散乱された光のうち、偏向素子に入射した光を偏向方向に向けて偏向し、撮像部からなる光学ユニットにより撮像することができる。そして、２つの光学ユニットを移動機構によって同じ方向に沿ってそれぞれ独立に適宜移動させる。これにより照明光の入射方向を可変したり、被検体により異なる方向に進む被検体からの光を撮像することができる。そのため、２つの光学ユニットの位置を独立に移動することにより、種々の正反射光、回折光、および散乱光の測定をそれぞれ最適な装置条件に設定して行うことができる。
【００１１】
また、本発明の外観検査装置では、前記少なくとも１つの光学ユニットが、前記照明部からなるものと、前記撮像部からなるものとの２つの光学ユニットからなり、該２つの光学ユニットと前記偏向素子との間の光路上に、前記照明部による照明光が前記被検体に向かう光路と同じ光路に沿って前記被検体から進む光を前記撮像部に導く光路合成手段を備えることが好ましい。
この場合、光路合成手段により、照明部からなる光学ユニットからの照明光の光路と同じ光路に沿って被検体から進む光を撮像部に導くことができるので、被検体に対する入出射方向が同一となるブラッグの条件が成り立つ回折光による画像を撮像することができる。
【００１２】
また、本発明の前記光路合成手段を備えた外観検査装置では、前記２つの光学ユニットと前記被検体との間のいずれかの光路上に、前記照明部による照明光の入射方向または前記撮像部で撮像する前記被検体からの光の撮像方向を切り替える光路切替手段を備える構成とすることが好ましい。
この場合、光路切替手段により、光路合成手段を用いてブラッグの条件が成り立つ場合の回折像を撮像して行う検査と、ブラッグの条件以外の回折像や正反射像、散乱光による像を撮像して行う検査とを切り替えて行うことができる。
【００１３】
また、本発明の外観検査装置では、前記少なくとも１つの光学ユニットが、前記照明部からなるものと、前記撮像部からなるものとの２つの光学ユニットからなり、前記偏向素子が、前記２つの光学ユニットのそれぞれに応じて異なる構成を有する２つの偏向素子からなることが好ましい。
この場合、偏向素子が、照明部からなる光学ユニットと撮像部からなる光学ユニットとに応じて異なる構成を２つの偏向素子からなるので、各偏向素子を各光学ユニットに応じて最適化することができる。
例えば、各偏向素子が偏向する各偏向方向を異なる方向とすることにより、各光学ユニットの配置位置および移動方向を変えることができ、装置レイアウトの自由度を高めることができる。
また例えば、検査位置をライン状に照明できればよい照明光は、例えば平面ミラーなどのパワーを有しない偏向素子とし、撮像部からなる光学ユニット側の偏向素子のみをパワーを有する偏向素子とすることにより偏向素子の簡素化を図ることができる。
【００１４】
また、本発明の外観検査装置では、前記少なくとも１つの光学ユニットが、いずれも前記撮像部からなる複数の光学ユニットからなり、前記照明部が、前記偏向素子を介すことなく前記被検体に照明光を照射する構成とすることが好ましい。
この場合、照明光を偏向素子を通さない構成とするので、照明部からなる光学素子の配置スペースを省略することができるとともに、偏向素子の構成を簡素化することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の外観検査装置によれば、被検体と光学ユニットとの間の光路上に偏向素子を配置し、偏向素子を透過する光の方向に沿って光学ユニットを配置することができるので、光学ユニットを１軸方向に移動することで照明光を被検体に照射する方向を変えたり、または被検体により出射方向の異なる被検体からの光を常に撮像することができるようになり、光学ユニットを回転移動したり被検体をチルト移動する場合に比べて、簡素かつコンパクトな構成により被検体に適した検査を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下では、本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る外観検査装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る外観検査装置に用いることができる偏向素子の一例を示す図である。図３は、本発明の第１の実施形態に係る外観検査装置に用いることができる偏向素子の他例を示す図である。
なお、各図（以下も同じ）に記載したＸＹＺ直交座標系は、方向の参照の便宜のために各図共通に描かれたもので、被検体の配置面をＸＹ平面とし、その法線をＺ軸方向とした座標系である。
【００１８】
図１に示す本実施形態の基板外観検査装置５０（外観検査装置）は、周期的なパターンが形成された平板状の被検体である基板３の２次元画像を取得することにより、例えばキズ、欠陥、パターン異常、ゴミ付着などの有無などを検査するものである。基板３としては、例えば半導体ウエハ基板や液晶基板などを採用することができる。
基板外観検査装置５０の概略構成は、照明部１１（光学ユニット）、移動機構３０、偏向素子１０、撮像部１２（光学ユニット）、移動機構３１および制御部３２からなる。
図中の面Ｃは、基板３上で図示Ｙ軸方向に長手方向となるライン状の検査位置Ｍを通り基板３に垂直な平面（図示ＹＺ平面に平行な平面）を表す（以下、各図とも同じ）。
また基板外観検査装置５０は、特に図示しないが、基板３を図示ＸＹ平面上に支持し、図示Ｘ軸方向に相対移動可能とする基板移動ステージを備えている。そして、検査位置Ｍを照明し、基板移動ステージを駆動することにより基板３を相対移動させ、図示Ｘ軸方向に走査できるようになっている。
【００１９】
照明部１１は、例えば白色光などの発散光を出射する光源１と、光源１から出射された発散光を平行光にするコリメートレンズ２とが筐体に一体保持された光学ユニットであり、光軸が図示Ｚ軸方向に沿う状態で偏向素子１０の上方に配置されている。そして、移動機構３０により図示Ｘ軸方向に移動可能に支持されている。
【００２０】
コリメートレンズ２は、光源１から出射された発散光を平行光束にするための光学素子であり、例えば検査位置Ｍの長手方向（図示ＹＺ平面）にのみパワーを持つシリンドリカルレンズなどで構成される。
このような構成により、照明部１１からはＹ軸に長手方向となるライン状の概平行光束を検査位置Ｍに出射することができるようになっている。
なお、この平行光束は図示Ｘ軸方向に幅を有しているので帯状になっているが、幅の大きさは相対的なものであり、本明細書では、特に区別する必要がない限りある程度の幅を有している場合にも、細長で１次元的と見なしうる場合にはライン状と称する。
【００２１】
移動機構３０の移動方向は基板３の走査方向に一致する図示Ｘ軸方向に設定されている。移動機構３０の構成は、適宜の１軸移動ステージ機構、例えば、ボールネジを備えるリニアステージや、リニアモータ駆動機構などの機構を採用することができる。
そして移動機構３０は制御部３２に接続され、制御部３２に制御信号によって移動量が制御される。
【００２２】
偏向素子１０は、照明部１１および撮像部１２と、基板３との間に配置され、照明部１１から出射された図示Ｚ軸負方向に進む照明光を、ライン状の検査位置Ｍの長手方向と直交する図示ＺＸ平面内で、検査位置Ｍの方向に偏向するための光学素子である。したがって逆に、検査位置Ｍから図示ＺＸ平面内に放射される光が偏向素子１０に入射すると、図示Ｚ軸正方向に偏向される。つまり、ともに被検体である基板３の検査位置Ｍ上の法線に近づく方向に光軸が偏向される。
【００２３】
このような偏向素子１０として、例えば、図２に示すようなシリンドリカルレンズ１１１を採用することができる。
シリンドリカルレンズ１１１は、図示ＺＸ平面内でのみパワーを有するレンズであり、その焦点位置が、基板３の検査位置Ｍと一致するように配置されている。すなわち、シリンドリカルレンズ１１１は、基板３に対してＺ軸上方から入射する光を検査位置Ｍ上に集光するレンズとなっている。
【００２４】
なお、図２では、シリンドリカルレンズ１１１を単レンズとして図示しているが、Ｚ軸方向に複数のレンズを配置したレンズ群で構成してもよい。
【００２５】
同様の偏向作用を有する偏向素子１０の他の例としては、例えば、図３に示すような凹面鏡１１２を採用してもよい。
凹面鏡１１２は、面Ｃに平行に入射する光を反射して偏向するとともに、図示ＺＸ平面内で検査位置Ｍに集光する１軸方向のパワーを有する反射面を備える光学素子である。図３では、表面反射鏡を用いた例を示したが、内部反射面を有する凹面鏡であってもよい。
図３には、凹面鏡１１２への入出射光が、面Ｃに関して同方向側に設けられた例、つまり、回折光や散乱光を用いる例を示したが、面Ｃに対して同様のものを対称位置に配置すれば、入射光と出射光とを、面Ｃの両側でそれぞれ偏向する構成とすることができ、正反射像の検査へ用いることが可能である。
【００２６】
撮像部１２は、偏向素子１０から出射される光により検査位置Ｍにおける基板３の像を撮像するもので、コリメートレンズ４、結像レンズ５、およびラインセンサ６（ライン撮像素子）が筐体に一体保持された光学ユニットであり、光軸が図示Ｚ軸方向に沿う状態で偏向素子１０の上方に配置されている。そして、移動機構３１により図示Ｘ軸方向に移動可能に支持されている。
移動機構３１の構成は、移動機構３０と同様のものを採用することができる。移動機構３１は、制御部３２に接続され、制御部３２に制御信号により移動量が制御される。移動機構３１の移動量、移動方向は、照明部１１と撮像部１２とが干渉しない範囲で、移動機構３０とは独立に設定することができるようになっている。
【００２７】
コリメートレンズ４は、偏向素子１０から出射される概平行光束を結像レンズ５に集光するための光学素子であり、本実施形態では、コリメートレンズ２と同様の構成を採用することができる。
結像レンズ５は、コリメートレンズ４からの光をラインセンサ６の撮像面上に結像するための光学素子である。
ラインセンサ６は、結像レンズ５による像を光電変換するための１次元撮像素子であり、例えば１次元ＣＣＤセンサなどを採用することができる。
すなわち、本実施形態では、偏向素子１０、コリメートレンズ４、結像レンズ５により、検査位置Ｍ上のライン状画像がラインセンサ６上に縮小投影される結像光学系が構成されている。
ラインセンサ６により光電変換された画像信号は制御部３２に出力される。
【００２８】
制御部３２は、移動機構３０、３１の移動制御、ラインセンサ６から出力される画像信号の画像処理、基板３を相対移動する不図示の基板移動ステージ機構の移動制御などを含む基板外観検査装置５０の装置全般の制御を行うものであり、例えば、それぞれの制御を行う適宜のハードウェア、またはＣＰＵ、メモリ、入出力デバイスなどを含むコンピュータなどで構成することができる。
【００２９】
次に、基板外観検査装置５０の動作について、偏向素子１０の作用を中心として説明する。
光源１から出射された光は、コリメートレンズ２によりＹ軸に長手方向となるライン状の平行光束とされ、照明光７０として図２のように偏向素子１０に入射する。
【００３０】
照明光７０が、例えば、面ＣからＸ軸負方向にｘ１の位置から偏向素子１０に入射すると、シリンドリカルレンズ１１１の作用により、集光されつつ検査位置Ｍへ向けて偏向される。このため、照明光７０は、図２に示すように、面Ｃに対して角度θｉをなす入射角で、基板３上の検査位置Ｍに照射される。すなわち検査位置Ｍは、Ｘ軸方向に集光されたライン状の照明光で照明される。
この照明光の一部は、検査位置Ｍで、正反射光として出射角θｉ方向に反射され、また一部は基板３上に形成された周期的なパターンのパターンピッチに応じた方向に回折され、さらに一部は、検査位置Ｍ上のゴミやキズなどにより種々な方向に散乱される。そのため、基板３からの光は検査位置Ｍを中心とした種々の方向に向かって進む複数の光となる。
例えば、図２に示すように、角度θｉで基板３に入射した時に出射角θｄの方向に回折光が存在するという場合、面ＣからＸ軸正方向に距離ｘ２の位置に、検出光７１がシリンドリカルレンズ１１１より出射されることになる。よって、撮像部１２を面Ｃから距離ｘ２の位置に移動して配置し、これにより基板３からの検出光７１が撮像部１２に入射される。
【００３１】
撮像部１２に入射した検出光７１は、コリメートレンズ４により集光され、結像レンズ５により縮小投影され、ラインセンサ６の撮像面上に結像される。
このため、ラインセンサ６により、検査位置Ｍに入射角θｉで入射し、出射角θｄの方向に進む光の画像情報が取得され、制御部３２に画像信号として送出される。
このようにして、基板３上の画像情報が１ライン分だけ取得される。
【００３２】
次に制御部３２により不図示の基板移動ステージ機構を駆動し、基板３を、例えばラインセンサ６の１画素分だけＸ軸方向に移動する。そして、上記の工程を繰り返すことで、隣接するラインの画像情報が取得される。これを繰り返して、基板３を図示Ｘ軸方向に走査し、基板３の２次元画像データを取得する。
【００３３】
角度θｉ、θｄは、それぞれ、移動機構３０、３１を駆動して、照明部１１、撮像部１２の配置位置ｘ１、ｘ２を適宜設定することにより適宜角度に設定される。
例えば、正反射光の検査では、ｘ１＝ｘ２として、θｉ＝θｄに設定する。
また、回折光の検査では、ｘ１、ｘ２の距離を変えて、回折光が存在する方向に設定する。回折光が存在する方向は、基板３のパターンピッチをＰとして次式の関係から決定される。
ｍ・λ＝Ｐ・（ｓｉｎθｄ−ｓｉｎθｉ）                              ・・・（１）
ここで、ｍは回折次数を示す整数、λは照明光７０の波長である。
また、散乱光の測定では、暗視野画像が得られる適宜角度に設定する。
【００３４】
次に、必要に応じて、角度θｉ、θｄを変更して上記の検査を繰り返す。
この場合、各角度は、移動機構３０、３１により、照明部１１、撮像部１２の位置を図示Ｘ軸方向に直線移動させるのみで変更される。そのため、検査位置Ｍを中心に光学ユニットを回転移動させる場合に比べて、偏向素子１０上での移動範囲を格段に狭い範囲に抑えることができる。
また、角度位置の迅速な移動が可能となるので、検査効率を向上することができる。
また、１軸移動機構は、回転移動機構に比べて簡素な機構を採用することができる利点がある。
【００３５】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態に係る外観検査装置について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。
本実施形態の基板外観検査装置５１（外観検査装置）は、第１の実施形態の基板外観検査装置５０の２つの光学ユニットである照明部１１、撮像部１２に代えて、第１撮像部２２（光学ユニット）、第２撮像部２３（光学ユニット）を備え、また制御部３２に代えて制御部３３を備え、ライン状光源１０１（照明部）、コリメートレンズ４０１を追加したものである。以下、第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００３６】
ライン状光源１０１は、検査位置Ｍをライン状に照明するための照明部であり、検査位置Ｍに対して偏向素子１０を介することなく、所定角度方向からライン状の照明光を照射するものである。例えばライン状に配置された発光素子からなる構成や、ライン状の発光体を有する構成などの種々の光源を採用することができる。また必要に応じて、ライン状の範囲を整えたり、発散角を調整したりするための反射板、集光レンズ、開口絞りなどを設けてもよいし、基板３への照射角度が変化させられる機構を備えていてもよい。
反射板や集光レンズなどを備えない場合、簡素な構成の光源とすることができる。この場合、照明効率を向上するために、ライン状光源１０１は検査位置Ｍに近接して配置することが好ましい。
【００３７】
第１撮像部２２は、第１の実施形態の撮像部１２からコリメートレンズ４を削除したものである。
第２撮像部２３は、ラインセンサ６、結像レンズ５と同様な構成を有するラインセンサ１５（ライン撮像素子）、結像レンズ１４が、筐体に一体保持されたもので、第１撮像部２２と同様に、面Ｃに平行な方向に沿って入射する光を結像レンズ１４で集光して、ラインセンサ１５上に結像できるようになっている。ラインセンサ１５により取得されたライン状の画像情報は、画像信号として制御部３３に送出される。
第２撮像部２３は、移動機構３１により図示Ｘ軸方向に移動可能に支持されている。
すなわち、第１撮像部２２、第２撮像部２３は、移動機構３０、３１によりそれぞれが干渉しない範囲で、それらの移動量、移動方向を独立に設定することができるようになっている。
【００３８】
コリメートレンズ４０１は、第１撮像部２２および第２撮像部２３と偏向素子１０の間の光路上に配置され、偏向素子１０から図示上側に出射された概平行光束を集光するものである。すなわち、第１の実施形態のコリメートレンズ２、４と同様の構成として、レンズ厚さ（図示Ｘ軸方向の寸法）を第１撮像部２２、第２撮像部２３の可動範囲を充分含むように設定したものを採用している。
すなわち、本実施形態の偏向素子１０、コリメートレンズ４０１、および結像レンズ５（１４）は、第１の実施形態の偏向素子１０、コリメートレンズ４（２）、結像レンズ５（１）と同様な結像光学系を構成している。
【００３９】
制御部３３は、制御部３２と略同様の構成を有し、移動機構３０が第２撮像部２３を移動すること、ラインセンサ１５からも画像信号が送出されることなどの構成の違いに対応して、駆動制御や、画像処理を変更したものである。これらの変更は上記の構成の違いから容易に理解されるので、詳しい説明は省略する。
【００４０】
このような基板外観検査装置５１によれば、ライン状光源１０１により検査位置Ｍが所定の入射角で照明され、検査位置Ｍからの光が、偏向素子１０で集光されつつ面Ｃに沿う方向に偏向される。そして、第１撮像部２２、第２撮像部２３の配置位置に対応する方向に出射された光が、それぞれ結像レンズ５、１４でラインセンサ６、１５に同時に結像される。
そのため、検査位置Ｍから異なる２方向に進む光による像がそれぞれ同時にラインセンサ６、１５で撮像され、画像信号として制御部３３に送出される。
したがって、簡素な１軸方向移動によりコンパクトな装置を構成し、２種類の像を同時に取得する検査効率の高い装置とすることができる。
また、コリメートレンズ４０１を固定させることができるので、可動部がコンパクトとなり、より安価で高速な検査装置が構成できる。なお、第１の実施形態においても、コリメートレンズ２および４を含む１つのコリメートレンズで構成することは可能であり、よって第１の実施形態でも同様の効果が得られる。
【００４１】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態に係る外観検査装置について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。
本実施形態の基板外観検査装置５２（外観検査装置）は、第１の実施形態の基板外観検査装置５０の照明部１１、撮像部１２、制御部３２に代えて、照明部１１からコリメートレンズ２を削除した照明部１２０Ａ（光学ユニット）と、撮像部１２からコリメートレンズ４を削除した撮像部１２０Ｂ（光学ユニット）と、制御部３５とを備え、ハーフミラー１７（光路合成手段）、ミラー１６、１８、第２の実施形態のコリメートレンズ４０１を追加したものである。以下、第１、第２の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００４２】
照明部１２０Ａ、撮像部１２０Ｂは、例えば移動機構３０と同様に構成される移動機構３４により図示Ｚ軸方向に所定距離をだけ離して、それぞれの光軸が図示Ｘ軸方向に平行な状態で一体に保持され、制御部３５の制御により、図示Ｚ軸方向に移動可能とされている。
【００４３】
ミラー１６は、光源１から図示Ｘ軸負方向に出射される照明光をハーフミラー１７に向けて偏向するためのものである。
ハーフミラー１７は、基板３からの撮像部１２０Ｂに向かう光を透過し、ミラー１６で偏向された照明光を反射し、その照明光を基板３からの光の進む光路上に合成して基板３に導くためのものである。例えば、照明光および基板３からの光をそれぞれ５０％ずつ透過、反射するハーフミラーなどの構成を採用することができる。
【００４４】
ミラー１８は、ハーフミラー１７で合成された照明光と基板３からの光とを偏向することで光路を折り曲げるためのものである。そのため、本実施形態では、上記第１、第２の実施形態と異なり、基板３の配置方向と平行な方向に、照明部１２０Ａと撮像部１２０Ｂとの光軸が向けられている。
コリメートレンズ４０１は、偏向素子１０とミラー１８との間の光路上に配置されている。
【００４５】
制御部３５は、制御部３２と略同様の構成を有し、照明部１２０Ａ、撮像部１２０Ｂを移動機構３４が移動すること、ラインセンサ６から出力されるのがブラッグの条件を満足する回折光の画像信号であることなどの構成の違いに対応して、駆動制御や画像処理を変更したものである。これらの変更は上記の構成の違いから容易に理解されるので、詳しい説明は省略する。
【００４６】
このような構成によれば、図５に示すように、照明部１２０Ａの光源１から出射された発散光は、ミラー１６で偏向され、ハーフミラー１７で一部が反射されてミラー１８に向かう。そして、ミラー１８で偏向されて、面Ｃから距離ｘ３だけ離間した平面上を図示Ｚ軸負方向側に進み、コリメートレンズ４０１に入射する。そして、コリメートレンズ４０１により平行光束とされ、偏向素子１０により集光されつつ、例えば面Ｃから角度θＢだけ傾斜した方向に偏向されて、検査位置Ｍにライン状の照明光として照射される。
そして、検査位置Ｍで反射された光のうち、角度θＢと同方向に出射した回折光が、照明光の光路を逆に戻って、偏向素子１０、コリメートレンズ４０１、ミラー１８を経て、ハーフミラー１７に到達する。そして、ハーフミラー１７を透過して結像レンズ５に入射し、ラインセンサ６に結像される。
そのため、ラインセンサ６は、常にブラッグの条件を満足する回折光の画像情報を取得することができる。
基板３の種類が異なる測定を行うなど、ブラッグの条件を満たす角度θＢが異なる場合、あるいは、ブラッグ条件を満たす角度θＢを探索する場合などは、移動機構３４を駆動して、照明光が偏向素子１０に入射する位置ｘ３を可変し、角度θＢを変えることにより行う。
【００４７】
本実施形態では、ミラー１８により光路を折り曲げるので、基板３に対する光学ユニットの配置位置の自由度を向上することができ、コンパクト化、小型化を達成することができるという利点がある。つまり、光学ユニット内の光路が、基板３の走査方向Ｘに平行になるため、装置の容積を低減する構成となりえる。
【００４８】
また角度θＢを変更するには、照明部１２０Ａおよび撮像部１２０Ｂを移動するのはなく、代わりに、ミラー１８をＸ軸方向に移動できるようにしてもよい。
この場合、移動負荷を軽減することができるので、装置の小型化を図ることができる。
【００４９】
［第４の実施形態］
本発明の第４の実施形態に係る外観検査装置について説明する。
図６は、本発明の第４の実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。
本実施形態の基板外観検査装置５３（外観検査装置）は、第３の実施形態の基板外観検査装置５２により、ブラッグの条件を満足する回折光の観察とそれ以外の光、例えば、正反射光、その他の回折光、散乱光などの観察とを切り替えることができるようにしたものであり、第３の実施形態の基板外観検査装置５２に、ミラー移動機構３８（光路切替手段）とミラー１９とを追加し、制御部３５に代えて、制御部３７を備えるものである。以下、上記第１〜３の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００５０】
ミラー移動機構３８は、第３の実施形態のミラー１６を照明部１２０Ａの光路に対して進退させるための機構であり、例えば、制御部３７で進退される電磁ソレノイド機構などを採用することができる。進退方向は、適宜方向でよいが、本実施形態では、図示Ｚ軸方向としている。
ミラー１９は、ミラー１６が照明部１２０Ａの光路から退避したときの照明光を、コリメートレンズ４０１に向けて偏向し、面Ｃから距離ｘ１の平面に沿って、コリメートレンズ４０１、偏向素子１０に入射するようにしたものである。
【００５１】
制御部３７は、制御部３２と略同様の構成を有し、照明部１２０Ａ、撮像部１２０Ｂを移動機構３４が移動すること、設定条件に応じてミラー移動機構３８によりミラー１６の位置を切り替えること、ミラー１６の配置位置に応じてラインセンサ６から出力される画像情報がブラッグの条件を満足する回折光か、それ以外の正反射光、回折光、散乱光などの光であることなどの構成の違いに対応して、駆動制御や画像処理を変更したものである。これらの変更は上記の構成の違いから容易に理解されるので、詳しい説明は省略する。
【００５２】
このような構成によれば、図６に示すように、ミラー移動機構３８によりミラー１６が、照明部１２０Ａの光源１の光路上に存在する場合、第３の実施形態の基板外観検査装置５２と同様な動作を行い、ブラッグの条件を満たす回折像が取得される。
ミラー移動機構３８によりミラー１６を光路上から退避する場合、光源１から出射された照明光は、ミラー１９で偏向され、面Ｃから距離ｘ１の位置で、コリメートレンズ４０１、偏向素子１０に入射し、面Ｃと角度θｉをなす角度に偏向されて、検査位置Ｍを照明する。
したがって、検査位置Ｍからの光は、角度θＢ方向の光が、偏向素子１０、コリメートレンズ４０１、ミラー１８、ハーフミラー１７を通って結像レンズ５によりラインセンサ６に結像される。
このように、ミラー移動機構３８により可動保持された本実施形態のミラー１６は、ミラー移動機構３８とともに、照明光の入射方向を可変する光路切替手段を構成している。  したがって、角度θｉ、θＢの値に応じて、例えば正反射光、回折光、散乱光など、種々の光を選択することができ、その画像情報に応じた欠陥抽出、欠陥判定を行うことができる。
例えば、θｉ＝θＢとすれば、正反射光と、ブラッグの条件を満足する回折光の２種類の画像情報を容易かつ迅速に切り替えて取得することができるものである。そのため、検査効率を向上し、装置の高機能化を図ることができる。
【００５３】
本実施形態では、第３の実施形態と同様に、角度θＢを変える場合、移動機構３４により照明部１２０Ａ、撮像部１２０Ｂを同期して移動してもよいし、それぞれ独立に移動して、距離ｘ１、ｘ３をそれぞれ独立に可変してもよい。
【００５４】
なお、上記の各実施形態の説明では、光学ユニットがいずれも２つの場合の例で説明したが、必要に応じて、３つ以上備えていてもよい。
また、被検体に対して相対移動する光学ユニットは、少なくとも１つあればよい。例えば、上記各実施形態のいずれかの光学ユニットを削除した構成や、一方の光学ユニットから移動機構を削除した構成も本発明に含まれる。
【００５５】
また、上記の説明では、撮像方向を固定して、被検体の２次元画像を取得してから、撮像方向の角度を変えて次の検査を行うようにした例で説明したが、検査位置を固定して撮像方向を複数変えて撮像し、その画像信号を画像メモリに記憶し、その後、検査位置を移動してそのような撮像を繰り返すようにしてもよい。
【００５６】
また、上記の第２の実施形態の説明では、偏向素子を介さない照明部の入射角は一定として説明したが、ライン状光源１０１を回転機構で保持して、入射角を可変できるようにしてもよい。この場合、ライン状光源１０１は基板３に近接させているので、回転機構を設けても小型の装置構成とすることができるものである。
【００５７】
また、上記の第２〜４の実施形態の説明では、２つの撮像部、または撮像部と照明部と、偏向素子との間にコリメートレンズを１つ配置した例で説明したが、第１の実施形態のように、２つのコリメートレンズをそれぞれの光路に配置してもよい。
【００５８】
また、上記第３、４の実施形態の説明では、光路合成手段として、ハーフミラーを用いた例で説明したが、光路合成手段はこれに限定されるものではない。例えば、照明光と被検体からの光との偏光方向が異なる場合には、それぞれの偏光方向に対応して、例えば照明光を反射し、被検体からの光を透過する偏光ビームスプリッタを採用することもできる。
【００５９】
また、上記第４の実施形態では、光路切替手段が照明光の入射方向を切り替える例で説明したが、光路切替手段を偏向手段と撮像部との間の光路に設けて、撮像部で撮像する被検体からの光の撮像方向を切り替えるものであってもよい。
【００６０】
また、上記の説明では、無限系の光学系を用いているかのように説明した部分があるが、これに限ることなく、開口数が十分に小さければ有限系で構成することも可能である。
【００６１】
また、上記の説明における各構成要素は、技術的に可能であれば、本発明の技術的思想の範囲内で適宜組み合わせて実施することができる。例えば、照明部１１の構成は、ライン状光源１０１の構成に置き換えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る外観検査装置に用いることができる偏向素子の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る外観検査装置に用いることができる偏向素子の他例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る外観検査装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１  光源
２、４、４０１  コリメートレンズ
５、１４  結像レンズ
３  基板（被検体）
６、１５  ラインセンサ（ライン撮像素子）
１０  偏向素子
１１  照明部（光学ユニット）
１２、１２０  撮像部（光学ユニット）
１６  ミラー（光路切替手段）
１７  ハーフミラー（光路合成手段）
２２  第１撮像部（光学ユニット）
２３  第２撮像部（光学ユニット）
３０、３１、３４  移動機構
３８  ミラー移動機構（光路切替手段）
５０、５１、５２、５３  基板外観検査装置
７０  照明光
７１  検出光
１０１  ライン状光源
１１１  シリンドリカルレンズ（１軸方向のみにパワーを有するレンズまたはレンズ群）
１１２  凹面鏡
【図１】
2007198825.tif 000003
【図２】
2007198825.tif 000004
【図３】
2007198825.tif 000005
【図４】
2007198825.tif 000006
【図５】
2007198825.tif 000007
【図６】
2007198825.tif 000008